盡管HBM模型和IEC61000-4-2標準所模擬的ESD來源都是外部帶靜電的人體或物體,但兩種標準面向的被放電的具體對象是不同的,并且他們的測試要求有幾個最重要的差別值得注意。
1、靜電放電的電流和泄放能量
兩種標準的一個關鍵差別就是靜電電壓放電的峰值電流。如下表列示,8KV HBM放電的峰值電流相較低于2KV IEC61000-4-2放電的峰值電流。而在8KV(系統級靜電放電的通常要求)靜電電壓水平下,IEC61000-4-2放電的峰值電流甚至比最高性能的半導體器件的設計閾值電流高22倍。
表5 HBM vs IEC61000-4-2標準的峰值電流@接觸放電方式
放電電流的大小對于集成電路芯片在ESD放電下是否遭受損傷至關重要,大的放電電流可能導致結失效以及金屬化走線燒融,對于標稱8KV HBM靜電防護等級的芯片有可能被2KV IEC標準放電損壞。因此,系統設計工程師不能根據HBM等級來確定產品發送到終端客戶后系統是否幸免于ESD放電。
2、靜電放電的上升時間
另一個不同之處就是靜電電壓放電的上升時間。HBM模型規定放電上升時間可以是25ns@500Ω負載。而IEC的放電脈沖上升時間少于1ns, 并在30ns內耗散了大部分能量。對于以HBM標準標定靜電防護等級的芯片而言,假如其內部保護電路的響應時間為25ns,器件可能在內部的保護電路起作用之前就被IEC模式的靜電放電損傷了。另外快速的放電脈沖還會對設備造成比較嚴重的EMI輻射干擾。
3、測試過程靜電放電次數
再一個不同就是HBM和IEC標準對測試試驗的樣本數量和放電次數的規定。HBM標準要求采用3個待測芯片樣本,但每個芯片僅被進行一次正向和負向靜電脈沖放電測試。而IEC則要求對待測的整機系統在預選點上,至少施加十次單次放電(以最敏感的極性)。一個裝置有可能在遭到第一次放電沖擊后幸存下來,但在承受后續的多次放電后失效,這是由于在失效之前的幾次放電中受到損傷。在當今的應用環境中,系統在其生命周期內完全可能會受到多次外部靜電沖擊的影響,因此系統供應商采用比IEC 61000-4-2標準中規定的最少10次放電試驗更多的放電次數來測試他們的系統也是很常見的。
結語:再次強調HBM(以及MM、CDM)是面向半導體器件的靜電放電測試模型,主要用于指導半導體的生產制造和加工,包括半導體的生產封測廠、以及使用成品芯片進行PCBA裝聯電路板和裝配調測生產廠內全過程中的ESD管控標準應遠低于所有被加工的元器件中最低ESD耐壓等級,即廠內所有靜電防護區域(EPA)的ESD電壓通常被要求低于100V、甚至更低。而在進行產品設計選擇元器件時,應盡量選用ESD耐壓等級較高的元器件,以提高產品的可靠性。
IEC61000-4-2則是針對系統或設備的整機測試標準。用于衡量整機系統在現實環境中承受外部ESD直接或間接干擾的能力。
4、參考文獻
Human Body Model(HBM) vs. IEC IEC61000-4-2 White Paper,Jan. 2008 California Micro Devices
